據(jù)統(tǒng)計(jì)，按目前的水平開(kāi)采世界已探明的能源，煤炭資源尚可開(kāi)采100年、石油30～40年、天然氣50～60年，能源危機(jī)和環(huán)境污染已成為當(dāng)今社會(huì)面臨的巨大挑戰(zhàn)，能源安全正在愈來(lái)愈深刻地影響著當(dāng)今社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。中國(guó)作為能源消耗大國(guó)正面臨日趨嚴(yán)峻的能源安全問(wèn)題，尋找新的可替代能源也因此變得更加迫切。生物能作為新能源的一種，其受關(guān)注程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出太陽(yáng)能、風(fēng)能以及潮汐能等。由目前生物能源的發(fā)展情況來(lái)看,它的開(kāi)發(fā)和利用符合可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展觀和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念，因此將逐漸成為全球主導(dǎo)性的清潔、可再生的替代能源[1]。

1 生物能源的特點(diǎn)

生物能源，又稱(chēng)綠色能源，主要是指利用可再生或循環(huán)的有機(jī)物質(zhì)(能榨油或產(chǎn)油的植物、可供厭氧發(fā)酵的藻類(lèi)和植物及其殘?bào)w、有機(jī)廢棄物等)為原料生產(chǎn)的能源，其利用形式主要包括沼氣、生物制氫、生物柴油催化合成和燃料乙醇等。其中, 燃料乙醇是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大的生物能源。

生物能源具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)儲(chǔ)量豐富；(2)環(huán)保性好。生物能源不含硫化物，不會(huì)產(chǎn)生酸雨，且在自然條件下即可實(shí)現(xiàn)生物降解，因而不會(huì)污染環(huán)境；(3)可再生。生物能源屬于可再生資源，能有計(jì)劃地進(jìn)行種植和開(kāi)采；(4)推廣性強(qiáng)。產(chǎn)生物能源的植物分布面積廣，可就地取材，成本低廉，易于普及推廣；(5)使用安全，不會(huì)發(fā)生爆炸或泄漏；(6)生產(chǎn)過(guò)程較簡(jiǎn)單，可以?xún)?chǔ)存與運(yùn)輸。

2 能源植物的概念及分類(lèi)

在生物能源中，能源植物(Energy plant)具有基礎(chǔ)地位。綠色植物通過(guò)光合作用固定二氧化碳和水，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在生物質(zhì)內(nèi)部，這種生物質(zhì)能實(shí)際上是太陽(yáng)能的一種存在形式。植物能源是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源。因此，廣義的能源植物幾乎包括所有植物。但就目前的技術(shù)水平，還不能將所有植物都用于能源開(kāi)發(fā)。因此，一般意義上講能源植物又稱(chēng)石油植物、柴油植物或生物燃料油植物，通常是指那些利用光能效率高、具有合成較高還原性烴的能力、可產(chǎn)生接近石油成分和可替代石油的產(chǎn)品的植物以及富含油脂、糖類(lèi)、淀粉類(lèi)、纖維素等的植物[2]。能源植物除直接燃燒產(chǎn)生熱能外，也可通過(guò)一系列技術(shù)轉(zhuǎn)換(物理方法、化學(xué)方法和生物方法)生產(chǎn)出不同品種的能源，如固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)燃料等，如果需要還可以生產(chǎn)電力能源等。

根據(jù)能源植物的化學(xué)成分及其用途，可將其分為3類(lèi)：(1)淀粉和糖類(lèi)能源植物，用于生產(chǎn)燃料乙醇，主要有甘蔗、玉米、甜高粱、馬鈴薯、魔芋等；(2)油脂植物，經(jīng)酯化過(guò)程可形成脂肪酸甲酯類(lèi)物質(zhì)，即生物柴油，主要有油菜、棕櫚、向日葵、花生、麻瘋樹(shù)、油楠等；(3)木質(zhì)纖維素類(lèi)植物，用于生產(chǎn)固體顆粒燃料，通過(guò)轉(zhuǎn)化可獲得熱能、電能、氣體和液體燃料，主要有芒草、柳枝稷、桉樹(shù)等[3～6]。目前, 全世界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)40多種能源植物，包括喬木、灌木、草類(lèi)等，主要集中在夾竹桃科、大戟科、蘿摩科、菊科、桃金娘科以及豆科。主要開(kāi)發(fā)利用和最具潛能的能源植物見(jiàn)表1[7]。

表1 主要開(kāi)發(fā)利用和最具潛力的能源植物

3 國(guó)內(nèi)外能源植物的研究及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外能源植物的研究與開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代全球爆發(fā)能源危機(jī)，石油輸出國(guó)組織成員國(guó)臨時(shí)停止向歐美國(guó)家出口石油，歐美國(guó)家即著手研發(fā)生物能源以替代礦物能源。2005 年油價(jià)猛漲，使得替代化石能源的研究倍受關(guān)注，并取得很大的進(jìn)展。

20世紀(jì)80年代，美國(guó)加州大學(xué)的化學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者梅爾文·卡爾文提出了建立“能源農(nóng)場(chǎng)”的設(shè)想，他認(rèn)為：既然某些植物能將碳化物轉(zhuǎn)化成碳?xì)浠衔锬z汁，那么其它能進(jìn)行光合作用的植物也能合成類(lèi)似石油的物質(zhì)。1986年，他在加利福尼亞種植了大面積的石油植物獲得成功，1 hm2可收獲120～140 桶石油。此后全球迅速掀起了一股研究開(kāi)發(fā)石油植物的浪潮[2,8,9]。許多國(guó)家都制定了相應(yīng)的研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃, 如日本的陽(yáng)光計(jì)劃、印度的綠色能源工程、美國(guó)的能源農(nóng)場(chǎng)計(jì)劃和巴西的酒精能源計(jì)劃等。

甘蔗是發(fā)展能源植物的首選材料。巴西是甘蔗生產(chǎn)大國(guó)，從1975 年開(kāi)始實(shí)施“酒精替代計(jì)劃”，制定了一系列的經(jīng)濟(jì)資助和免稅政策，自1979 年首輛以燃料乙醇為驅(qū)動(dòng)的乙醇汽車(chē)問(wèn)世以來(lái)，至今約有1/3 的汽車(chē)被改造成了“酒精汽油兩用汽車(chē)”，使溫室氣體排放量減少了20%。 2008年巴西以甘蔗為原料的燃料乙醇已經(jīng)取代了該國(guó)40%～50%以上的汽油消費(fèi)，成為世界上唯一不供應(yīng)純汽油的國(guó)家。從巴西首都里約熱內(nèi)盧到偏遠(yuǎn)的亞馬遜熱帶雨林，隨處可見(jiàn)的加油站都在出售汽油和酒精。除此之外，美國(guó)建立了100多萬(wàn)hm2的石油速生林；日本建立了可年產(chǎn)石油100多桶的石油植物試驗(yàn)場(chǎng)；菲律賓建立了1.2萬(wàn)hm2的銀合歡樹(shù)研究基地，據(jù)估計(jì)成熟后可收石油1000萬(wàn)桶。隨著研究的不斷深入，越來(lái)越多的能源植物被發(fā)現(xiàn)[10]。

目前,發(fā)達(dá)國(guó)家用于規(guī)模生產(chǎn)生物柴油的原料有大豆(美國(guó))、油菜籽(歐共體、加拿大)、棕櫚油(東南亞)、甘蔗(巴西)。日本、愛(ài)爾蘭等國(guó)用植物油下腳料及食用回收油作原料生產(chǎn)生物柴油。歐美許多國(guó)家結(jié)合本國(guó)特點(diǎn)制定了生物柴油發(fā)展綱要,出臺(tái)了相關(guān)的優(yōu)惠政策推動(dòng)生物柴油生產(chǎn)及應(yīng)用。許多國(guó)家對(duì)投放市場(chǎng)的生物柴油都采取了免稅政策和低稅率政策，以鼓勵(lì)民眾使用生物柴油,保護(hù)生態(tài)環(huán)境[5]。

3.2 我國(guó)能源植物研究與開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

與發(fā)達(dá)國(guó)家一樣，我國(guó)同樣面臨著能源短缺和環(huán)境污染的巨大挑戰(zhàn)。自1993年我國(guó)由石油凈出口國(guó)變?yōu)閮暨M(jìn)口國(guó)以來(lái)，石油進(jìn)口量逐步上升。我國(guó)石油儲(chǔ)量是世界總儲(chǔ)量的2%，但消費(fèi)量卻是世界第二，進(jìn)口依存度近40%；二氧化硫和二氧化碳的排放量也比較嚴(yán)重。

我國(guó)幅員遼闊，地域跨度大，水熱資源分布多異，能源植物資源種類(lèi)豐富，發(fā)展生物質(zhì)能大有可為。其中主要的科屬有大戟科、樟科、桃金娘科、夾竹桃科、菊科、豆科、山茱萸科、大風(fēng)子科和蘿摩科等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)約1.5 萬(wàn)種有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物，具有能源開(kāi)發(fā)價(jià)值的約4000 種。值得注意的是我國(guó)種植油料能源樹(shù)種歷史悠久，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)麻瘋樹(shù)、烏桕、光皮樹(shù)、文冠果、黃連木、漆樹(shù)、山桐子等30 多種，而油料樹(shù)種的油脂是生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)良原料。新近調(diào)查表明，我國(guó)能夠規(guī)?；玫纳镔|(zhì)燃料油木本植物有10 種，這10 種植物均蘊(yùn)藏著巨大的潛力，具有廣闊的發(fā)展前景[2,6]。

我國(guó)能源植物的研究及開(kāi)發(fā)利用起步較晚，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品主要是生物柴油和燃料乙醇。生物柴油產(chǎn)業(yè)得到了國(guó)家政府部門(mén)的高度重視和支持，并列入國(guó)家計(jì)劃。“十五”期間提出發(fā)展各種石油替代品，將生物與現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、能源與資源環(huán)境等項(xiàng)目列入國(guó)家863 計(jì)劃，將大力發(fā)展生物液體燃料確定為國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。“十一五”期間，規(guī)劃生物柴油原料林基地建設(shè)規(guī)模83.91萬(wàn)hm2，原料林全部進(jìn)入結(jié)實(shí)期后，將形成年產(chǎn)生物柴油125 萬(wàn)多t的原料供應(yīng)能力。目前，已有一些頗具實(shí)力的企業(yè)和國(guó)外大型能源企業(yè)進(jìn)入麻瘋樹(shù)生物柴油這一領(lǐng)域，在各地籌建起有相當(dāng)規(guī)模的生物柴油生產(chǎn)企業(yè)，預(yù)計(jì)全國(guó)麻瘋樹(shù)種植面積至少可達(dá)200萬(wàn)hm2，顯示了良好的資源開(kāi)發(fā)前景[2,10]。

燃料乙醇產(chǎn)業(yè)也取得了可喜的成果。其中，陳糧轉(zhuǎn)化燃料乙醇計(jì)劃已于2000年啟動(dòng)，目前已達(dá)到年產(chǎn)100 萬(wàn)t規(guī)模;而秸稈酶解發(fā)酵燃料乙醇新技術(shù)已經(jīng)試驗(yàn)成功，正逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

3.3 我國(guó)能源植物的開(kāi)發(fā)利用前景

隨著改革開(kāi)放的不斷深入，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)能源的需求消費(fèi)總量不斷增加，人均能源資源嚴(yán)重不足日趨明顯，人們逐漸重視研究和利用新能源，以可再生能源替代有限的化石能源。能源植物的發(fā)現(xiàn)給人類(lèi)利用能源提供了新的途徑, 研究和使用能源植物為世界各國(guó)能源可持續(xù)利用帶來(lái)了新的希望。目前，世界上許多國(guó)家都開(kāi)始開(kāi)展能源植物的研究，并通過(guò)引種栽培，建立新的能源基地，以滿(mǎn)足對(duì)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和植物能源的需求。專(zhuān)家認(rèn)為，植物能源將成為未來(lái)可持續(xù)能源的重要部分，隨著石油的日益稀缺和技術(shù)的逐步提高，能源植物將改變地球的能源結(jié)構(gòu)，能源植物具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。

我國(guó)除現(xiàn)有的耕地、林地和草地作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)外，尚有近1億hm2益農(nóng)益林荒山荒地，可以用于發(fā)展能源農(nóng)業(yè)和能源林業(yè)。特別是在貧困山區(qū)種植能源林，不僅能恢復(fù)植被建設(shè)，改善其生態(tài)環(huán)境，又能提高山區(qū)人民的收入和生活水平，積極開(kāi)發(fā)第三產(chǎn)業(yè)。篩選和種植優(yōu)質(zhì)、高效的能源植物，不但可以彌補(bǔ)化石燃料的不足，緩解過(guò)分依賴(lài)大量進(jìn)口石油的被動(dòng)局面，而且有助于水土保持和改良低效土壤，以達(dá)到保護(hù)和建設(shè)生態(tài)環(huán)境的目的[11]。在工業(yè)應(yīng)用上，積極促進(jìn)生物能源的研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，形成產(chǎn)業(yè)化，必將在柴油引擎、柴油發(fā)電、空調(diào)設(shè)備和農(nóng)村燃料等方面顯示其廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

在化石能源漸趨枯竭、能源消耗不斷增加、保護(hù)環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)下，積極開(kāi)發(fā)可再生的植物能源，因地制宜利用植物油替代燃料油，多能互補(bǔ)、綜合利用，能促進(jìn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)從單一化向多元化轉(zhuǎn)變。

總之，加強(qiáng)能源植物開(kāi)發(fā)利用的研究,實(shí)施我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略，已成為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展和建設(shè)環(huán)境友好的和諧社會(huì)的重要課題。

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